1、數字電子鐘設計報告畢業設計報告系 別：應用電子技術專業班級：應用電子技術1547班學生姓名：至逋指導教師：王昆畢業設計時間：2015年03月15日2015年05月15日畢業設計地點：中興通訊股份有限公司目錄1 .課程設計目的32 .課程設計題目描述和要求33 .課程設計報告內容 33.1 實驗名稱 33.2 實驗目的 33.3 實驗器材及主要器件33.4 數字電子鐘基本原理43.5 數字電子鐘單元電路設計、參數計算和器件選擇 43.6 數字電子鐘電路圖 123.7 數字電子鐘的組裝與調試 134總結13參考文獻1531 .課程設計目的(1)掌握組合邏輯電路、時序邏輯電路及數字邏輯電路系統設計、

2、安裝、測試 方法；(2)進一步鞏固所學的理論知識，提高運用所學知識分析和解決實際問題的能 力；(3)提高電路布局、布線及檢查和排除故障的能力；(4)培養書寫綜合實驗報告的能力。2 .課程設計題目描述和要求(1)設計一個有“時”、“分”、“秒”(12小時59分59秒)顯示，且有校時功 能的電子鐘；(2)用中小規模集成電路組成電子鐘，并在實驗箱上進行組裝、調試；(3)畫出框圖和邏輯電路圖，寫出設計、實驗總結報告；(4)整點報時：在59分51秒、53秒、55秒、57秒輸出500Hz音頻信號，在 59分59秒時輸出1000Hz信號，音頻持續1s,且前四聲低，最后一聲高，在1000Hz 熒屏結束時刻為整

3、點。(5)鬧鐘系統：在7點59分00秒鬧鐘模塊輸出高電平，音頻持續1分鐘。3 .課程設計報告內容3.1 實驗名稱數字電子鐘3.2 實驗目的(1)掌握數字電子鐘的設計、組裝與調試方法;(2)熟悉集成電路的使用方法。3.3 實驗器材及主要器件（5） 74LS04 （3 片）（6） 74LS74 （1 片） 74LS2O（2 片）（8） 74LS92 （2 片）（9） 555集成芯片(1片)(10)共陰七段顯示器(6片)(11)電阻、電容(若干)(11)導線(若干)（1） 4511 （ 6 片）（2） 74LS90 （5 片）（3） 74LS191 （1 片）（4） 74LS00 （5 片）數字電子

4、鐘設計報告3.4 數字電子鐘基本原理數字電子鐘的邏輯框圖如圖3-4所示。它由555集成芯片構成的振蕩電路、分頻 器、計數器、顯示器和校時電路組成。555集成芯片構成的振蕩電路產生的信號經過 分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計數器，計數結果通過“時”、“分”、“秒”譯碼器顯 示時間。£m動部分 計繳部分 . I 卜 IT Lip IT 1I LB II I I" Jt tlIf' - ，校河電路篁點報時電路計分頻:器晶體振篇器圖3-43.5數字電子鐘單元電路設計、參數計算和器件選擇1 .振蕩器晶體振蕩器的作用是產生時間標準信號。數字鐘的精度，主要取決與信號的頻 率及其穩定

5、度。因此，一般采用石英晶體振蕩器經過分頻得到這一信號。一般來說,振蕩器的頻率越高，計時精度越高，但耗電量將增大。如果精度要求不高也可以采用 由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器。如圖3-4-1所示。設振蕩頻率f=1KHz, RP為可調電阻，微調RP可以調出1KHz輸出。172 .分頻器因為振蕩器產生的頻率很高，為了得到1Hz秒脈沖，則需要對振蕩器的輸出信號 進行分頻。本實驗由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器，產生1KHz的脈沖 信號。故用3片中規模集成電路計數器74LS90,將74LS90接成10進制計數器，這 樣每過一級，頻率會變為原來的1/10,經過3次分頻，得到1Hz的

6、秒脈沖信號。如 圖3-4-2所示。3 .計數器秒脈沖信號經過6級計數器，分別得到“秒”個位、十位、“分”個位、十位以 及“時”個位、十位的計時。“秒” “分”計數器為六十進制，小時為十二進制。(1)六十進制計數由分頻器來的秒脈沖信號，首先送到“秒”計數器進行累加計數，秒計數器應完 成一分鐘之內秒數目的累加，并達到60秒時產生一個進位信號，所以，選用一片74LS90和一片74LS92組成六十進制計數器，采用反饋歸零的方法來實現六十進制計 數。其中，“秒”十位是六進制，“秒”個位是十進制。如圖3-4-3-1所示。14511 (1) j A工 A i A.Qi Qj Qi Qb74LS92(t)6

7、2 1774LS90(4)(2)十二四進制計數“12翻1”小時計數器是按照“ 01 0203 111201 02”規律計數的，這與日常生活中的計時規律相同。在此實驗中，小時 的個位計數器由4位二進制同步可逆計數器74LS191構成，十位計數器由D觸發器 74LS74構成，將它們級連組成“ 12翻1”小時計數器。計數器的狀態要發生兩次跳躍：一是計數器計到9,即個位計數器的狀態為Q03Q02Q01Q00=1001ft下一脈沖作用下計數器進入暫態 1010,利用暫態的兩個1即 Q03Q0攸個位異步置0,同時向十位計數器進位使 Q10=1;二是計數器計到12后， 在第13個脈沖作用下個位計數器的狀態應

8、為Q03Q02Q01Q00=0001十位計數器的Q10=Q第二次跳躍的十位清0和個位置1信號可由暫態為1的輸出端Q1Q Q01, Q00 來產生。4 .譯碼器譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時”計數器的輸出代碼進行翻譯，變 成相應的數字。計數器采用的碼制不同，譯碼電路也不同。4511譯碼器是將鎖存、譯碼、驅動功能集于一身的七段譯碼驅動器。譯碼器將BCM轉換成7段碼，再經過 電流反相器，驅動共陰極LED®碼管。5 .顯示器顯示器是將數字電子鐘的計時狀態直觀清晰的反映出來，被人們的視覺器官所接受的元件。本系統用七段發光二極管來顯示譯碼器輸出的數字，在譯碼顯示電路輸出信號的驅動下，顯示

9、出清晰、直觀的數字符號。要注意的是顯示器有兩種：共陽極顯 示器或共陰極顯示器。4511譯碼器對應的顯示器是共陰極顯示器。6 .校時電路實際的數字電子鐘由于秒信號的精確性和穩定性不可能做到絕對準確無誤，加上電路中的其它原因，數字電子鐘總會產生走勢誤差的現象， 此時就需要校正時間。校 時電路實現對“時” “分”“秒”的校準。在電路中設有正常計時和校對位置。本實驗 實現“時”“分”的校對。對校時的要求是，在小時校正時不影響分和秒的正常計數； 在分校正時不影響秒和小時的正常計數。 需要注意的時，校時電路是由與非門構成的 組合邏輯電路，開關S1或S2為“0”或“1”時，可能會產生抖動，為防止這一情況 的

10、發生我們接入一個由RS觸發器組成的防抖動電路來控制。圖3-5-6-1校時開關的功能表S1S2功能11計數01校分10校時至時個位計敷器至分個位計數圖3-5-6-2校時電路7 .整點報時電路整點報時電路的功能是要求每當數字鐘計時到整點（或快到整點）時發出音響， 通常按照四聲低音一聲高音的順序發出間斷聲響，以最后一聲高音結束的時刻為整點時亥黑 設四聲低音（約750Hz）分別發生在59分51秒、53秒、55秒、57秒，最后 一聲高音（約1KHz發生在59秒，它們的持續時間為1s。由此可見，報時時分和秒 個位計數器的狀態是不變的為 59分，秒十位計數器的狀態為：（QdQcQbQads2=0101 亦不

11、變，只有秒個位計數器Qds1的狀態可用來控制1KHz和500Hz的音頻。表3-5-7-1 列出了秒計數器的狀態：秒個位計數器的時態CP（秒）Q3S1Q2S1Q1S1Q0S1功能500000510001鳴低音520010停530011鳴低音540000停550101鳴低音560110停570111鳴低音581000停591001鳴高音000000停表 3-5-7-1由表可得：當q3S1= "0”時為750Hz輸入音響;當Q3S1= "1”時1KHz輸入音響。由此可設計如下電路圖3-5-7-2 :分十位分個位QlQ,Q。一飛秒十位Lq秒個位Qft-1kHz 也秒個位Q T I

12、F電750Hz圖 3-5-7-2音響懸整點報時電路只有當分十位的Q2M20M2=11，分個位的Q3MQ)MV1,秒十位的02s&S2=11,秒個位 的q)s1=i時音響電路才能工作8 .鬧鐘系統有時需要數字鐘在規定的時刻發出信號并驅動音響電路進行 “鬧時”，這就要求時 間準確，即信號的開始時刻與持續時間必須滿足規定的要求。如要求上午 7時59分 發出鬧時信號，持續時間為1分鐘。因為7時59分對應數字鐘的時個位計數器的狀 態為(03。010)巾=0111,分十位計數器的狀態為(Q3C2Q1Q0)M2=0101,分個位計數器 的狀態為(Q3&Q1Q0)M1=1001。若將上述計數器

13、輸出為“ 1”的所有輸出端經過與門電(Q3Q0)m1 M路去控制音響電路，可以使音響電路正好在7點59分響，持續1分鐘后(即8點時) 停響。所以鬧時控制信號Z的表達式為：Z (Q2QiQo)hi (Q2Qo)M2式中，M為上午的信號輸出，要求 M=1如果用與非門實現上式所表示的邏輯功能，則可以將 Z進行布爾代數變換，即Z(Q2Q1Q0)h1 M(Q2Q0)M2 (Q3Q0)M1+5V74LS20 74LS03+ 5VRl3.3k1kHz22& I& i 1k50T 3DG13074LS001k3音響電路3.6數字電子鐘電路圖黏36 25iq收4511口 ( B A IQi Qi

14、 Qi Qd 口，口74LS191LD 口4 川 / G 0 P14511D C I AQj Qi Qi Qa74LS9O0)E127id q汴電g嗎r5I4142里+5V&4分十位 選位膿沖出力時脈沖Qj Q; Qi Qo ?4LS92(t)Qj Qi Qi Qo 74LS 唧)杪十位 進位冰沖4 Q, _ 741590(3)Qi Qi Qi Qu74LS90(4)i oka71kHz500HzQ. Q> 7心W0)4674LW)3.7數字電子鐘的組裝與調試由圖3-4所示的數字中系統組成框圖按照信號的流向分級安裝， 逐級級聯。嚴格 注意按圖連接引腳，注意走線整齊，布局合理，器件

15、的懸空端，泊 0端，置1端要正 確處理。插拔集成芯片時要用力均勻，避免芯片管腳在插拔的過程中變彎，折斷。調試過程：1.用示波器檢測多諧振蕩器輸出信號波形和頻率，輸出頻率應為1Hz。2 .將1Hz信號送入分頻器，用示波器檢查各級分頻器的輸出是否符合要求。3 .將1Hz秒脈沖分別送入時分秒計數器，檢查各級計數器的工作情況。4 .觀察校時電路的功能是否滿足要求。5.當分頻器和計數器調試正常后，觀察電子鐘是否準確、正常地工作。4.總結通過這次對數字電子鐘的設計與制作， 讓我們了解了設計電路的程序，也讓我們 了解了關于數字電子鐘的原理與設計理念。我有如下感受：1 .更進一步地熟悉了芯片的結構及掌握了各芯

16、片的工作原理和其具體的使用方 法；2 .掌握了十進制，十二進制，二十四進制計數器的設計方法 ；3 .掌握了數字電子鐘的設計思路和方法步驟，但是獨立分析設計的能力不強，這 次課程設計主要是在老師的指導合同組成員的努力下成功的，但是自己的分析和解決能力不強，以后還要繼續努力，加強訓練；要設計一個電路首先要畫好電路圖， 才可以順利的連接。但是最后的成品卻并不 一定與想象的完全一樣，因為在實際接線中有著各種各樣的條件制約著， 所以要合理 布局，這樣連出來的電路才會比較美觀，通過這次學習讓我了解了只有自己動手才實 際操作會有深刻理解。在這次試驗中發現了一個問題，那就是電路的連接一定要細心， 耐心。這兩點是很重要的。在連接電路時一定要靜下心來仔細連，在調試過程中，任 何小問題都可能導致錯誤，所以我們必須一點一點細心檢查，這就需要我們有足夠的 耐心，生活中也是如此。通過這次課程設計，我的動手能力也得到了加強。自己覺得這次課程設計十分的有意義。我們在課堂上掌握的僅僅是專業基礎課的 理論面而只有通過類似的課程才能將理論與現實結合起來，加深我們對理論的而理解，而且能使我們更靈活的在實際中運用它。這門課程為我們提供了良好的實踐平臺。 在做本次實驗中，我查閱了很多書籍，也給了我很大收獲，發現在學習過程中帶著問 題去學習的效率很高